ДНК и нанотрубки объединили для «опознания» одиночных белков

ДНК и нанотрубки объединили для «опознания» одиночных белков

Материаловеды из Гарварда, Массачусетского технологического института и Университета Калифорнии разработали сенсор, способный обнаружить выделение одиночные молекулы белка, выделяемые микроорганизмами. В его основе лежит «лес» из углеродных нанотрубок, связанных с ДНК-аптамерами. Ученые надеются, что устройство поможет исследовать коммуникацию между бактериями — обмен сигнальными молекулами, позволяющий им координировать экспрессию генов. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology, кратко о нем сообщает пресс-релиз MIT.

Белки в клетке выполняют огромное количество функций: ускоряют химические реакции, служат каналами для ионов, позволяют клеткам общаться между собой и выполняют транспортные функции (например, гемоглобин в крови). В связи с этим существует большое количество разных белков и выделить среди их смеси какой-то конкретный достаточно сложно. Один из способов — использовать для этого белковые антитела, способные связываться только с интересующими молекулами.

Однако прочные комплексы с белками образуют не только другие белки. Некоторые короткие цепочки ДНК или РНК могут связываться с исследуемым белком даже сильнее, чем антитела. Такие частицы называют аптамерами. В традиционных методах качественного анализа требуются концентрации белков порядка миллионов частиц в миллилитре. В то же время, для исследования синтеза белков в одиночном организме требуется детектировать частицы на уровне одиночных молекул. Подобные технологии существуют лишь для меченных белков.

Сам сенсор состоит из массива углеродных нанотрубок, к которым привязаны аптамеры. В тот момент, когда искомый белок приближается к одной из таких нанотрубок, происходит образование молекулярного комплекса. Это предсказуемым образом смещает длину волны флуоресценции нанотрубки — ученые считывают соответствующий сигнал. Сам сенсор помещен внутрь микрофлюидной ячейки, внутри которой находятся и исследуемые организмы. Считывание флуоресценции происходит с помощью инфракрасного микроскопа.

Главная сложность состояла в том, что аптамеры меняют свою конфигурацию, будучи привязанными к нанотрубкам напрямую, и теряют селективность к белкам. Чтобы этого избежать, ученые разработали аптамеры с гибкими «хвостами», позволяющими молекулам присоединяться к углеродным нанотрубкам не искажая формы. Сенсор был опробован на нескольких молекулах — сигнальном белке RAP1 и вирусном белке HIV1-интегразе.

По словам ученых, методика практически не имеет ограничений по минимальной концентрации детектируемых частиц — сенсор способен увидеть даже одиночные частицы белков. Однако, чем меньше концентрация детектируемого вещества, тем больше требуется времени на то, чтобы его обнаружить. Основным применением для сенсора может стать исследование синтеза белков в организмах. К примеру, биофармацевтические компании смогут контролировать в режиме реального времени темпы и качество белков, производимых генно-модифицированными организмами.

Ранее химики из США и Швейцарии предложили методику определения одиночных молекул белков по их форме, размерам, заряду и другим физическим характеристикам. Она предполагает исследование электропроводности наноразмерных каналов, внутри которых передвигаются белки.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Нанотрубки повысят эффективность солнечных батарей
Исследователи из Университета Умео в Швеции обнаружили, что контролируемое размещение углеродных нанотрубок в наноструктурах создает огромный толчок в повышении производительности электронных устройств. Их новаторские результаты опубликованы в престижном журнале «Современные материалы» (Advanced Materials). Углеродные нанотрубки - цилиндрические кристаллы, состоящие ..
2014-03-20 1952 0 Технология
0
Углеродные нанотрубки увеличивают рост растительных культур
Исследователи заявили, что доза углеродных нанотрубок, более чем в 2 раза увеличивает темпы роста клеток растительных культур — применяемых на производстве, начиная от жизненно важных лекарств до подсластителей для красителей и духов, сообщает «WordScience.org». Это исследование, опубликованное в журнале «ACS Nano», ..
2012-04-7 1421 0 Технология
0
Нанотрубки стали ионными каналами
Ученые создали нанотрубки, способные селективно пропускать отдельные ионы. По своей селективности они способны сравниться с природным белковым ионными каналами. Работаопубликована в журнале Nature Communications, ее краткое содержание приводит сайт Университета Баффало. Созданные авторами нанотрубки сильно отличаются ..
2012-07-18 1415 0 Технология
0
Ученые вырастили самые плотные углеродные нанотрубки
Выдающиеся механические, электрические и тепловые свойства углеродных нанотрубок делают их прекрасным материалом для производителей электроники. Однако, до недавнего времени ученые полагали, что низкая плотность графеновых крошечных цилиндров, необходимых для разработки множества приложений микроэлектроники, помешает этому. Теперь же, команда ..
2013-09-23 1477 0 Технология
1
Нанотрубки стали основой нового типа солнечных батарей
Инженеры из Массачусетского технологического института создали новый тип фотоэлементов, в которых используются только углеродные нанотрубки и фуллерены. Работа ученых принята к публикации в журнале Advanced Materials (на момент написания заметки она была недоступна), а с ее кратким содержанием можно ознакомиться на сайте ..
2012-06-21 2075 0 Технология
0
Нашли нанотрубки - будет вам и нанопаяльник
Группа исследователей США из Университета штата Иллинойс заявляют об успешном решении проблемы, мешающей сделать углеродные нанотрубки эффективными транзисторами. О своей работе они сообщили в последнем номере журнала Nano Letters.  Углеродные нанотрубки с их стенками толщиной один атом – то есть тот же графен, ..
2013-11-28 1165 0 Технология
0
Европейский Союз создал нанотехнологичный проект NanoHex
Наножидкость — это инженерная коллоидная суспензия включающая наночастицы и агломераты частиц с характерным размером 0,1–100 нм. Наножидкость вызывает большой интерес своим огромным потенциалом для обеспечения расширенными эксплуатационными свойствами. В отношении теплопередачи, по сравнению с более обычным теплоносителем (например, ..
2012-05-14 1486 0 Технология
0
Титановые нанотрубки готовы к использованию
Нанопористые материалы, такие как силикагель или оксид алюминия, востребованы в самых разных отраслях, не обладая при этом какими-то особыми талантами, вроде проводимости или светочувствительности. Оксид алюминия — типичный изолятор, а для создания, например, эффективных солнечных батарей необходим полупроводник, ..
2012-11-2 2834 0 Технология
0
Углеродные нанотрубки стали основой голограммы
Инженеры из Кембриджского университета создали голограмму при помощи многостенных углеродных нанотрубок. Работа опубликована в журнале Advanced Materials, ее краткое содержание приводит сайт университета. Изображение создавалось при помощи лазера, свет которого падал на специальную голографическую подложку. На ней в особом порядке были расположены ..
2012-09-25 1346 0 Технология
0
Создан новый материал для получения эластичных проводников
Исследователи из Университета Северной Каролины (США) разработали новый метод создания эластичных проводников на основе углеродных нанотрубок. Учёные надеются, что их технология позволит производить этот материал в количестве, необходимом для нового поколения эластичной электроники. Очевидное преимущество продуктов на основе ..
2012-01-25 2401 0 Технология
0
Создан полностью углеродный фотоэлемент
Инженеры Стенфордского университета создали первый в мире фотоэлемент, полностью состоящий из различных соединений углерода. Работа ученых опубликована в журнале ACS Nano, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте университета. За поглощение света в устройстве отвечают углеродные нанотрубки и фуллерены ..
2012-11-1 2025 0 Технология
0
Углеродные нанотрубки в помощь саперам
Еще одно применение углеродным нанотрубкам, которые ранее использовались в новом источнике света, гибких суперконденсаторах и чувствительных сенсорах, нашли исследователи из Университета штата Юта. С их помощью команда ученых под руководством профессора Линг Занга создала прототип датчика ..
2014-11-17 1281 0 Технология
0
Удалось вырастить углеродные нанотрубки с заданными характеристиками
Углеродные нанотрубки ― очень полезный предмет. Это и сверхпроводимость, и новые способы генерации энергии. Они могут придавать особые свойства полимерам и очищать воду от свинца. По мнению специалистов, за углеродными нантрубками будущее оптики, микроэлектроники, медицины, строительства и множества других ..
2013-08-29 1526 0 Технология
0
Созданы строительные крепления из углеродных нанотрубок
Междисциплинарная группа исследователей из «Университета Делавэра» (University of Delaware) участвует в развитии структурной системы мониторинга, основанной на композитах состоящих из углеродных нанотрубок, сообщает «SciencePlanet.ru». «Национальный научный фонд» (National Science Foundation) выделил грант в размере 300.000 долл. США, ..
2012-09-23 1343 0 Технология
0
Ученые разработали микроскопический датчик силы
Физики из России, Белоруссии и Испании разработали микроскопический датчик силы, в своем устройстве использующий углеродные нанотрубки. Описание датчика представлено к публикации в журнале Computational Materials Science, с ее кратким содержанием можно ознакомиться на сайте Московского физико-технического института. Устройство представляет ..
2014-07-01 1559 0 Технология
0